“Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc”.

-1-

LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập với sự giúp đỡ vô cùng quý báu, tận tâm của các
thầy giáo, cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực
cố gắng học tập, tìm tòi, nghiên cứu, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân, tôi
đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
đúng thời hạn với đề tài: “Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với
nền cọc”.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo trường Đại học Thủy Lợi cơ sở
2, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, khoa Công trình và các thầy cô đã tham
gia giảng dạy cũng như thầy cô trong bộ môn Sức bền- Kết cấu trong thời gian qua
đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khóa học và luận văn của mình.
Đặc biệt tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lý Trường
Thành đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo giúp tận tình, cung cấp các thông tin khoa
học quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Do hạn chế về thời gian, kiến thức lý luận còn chưa sâu, kinh nghiệm thực tế
còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được
các ý kiến đóng góp cũng như chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-2-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT
Tôi là :

Nguyễn Thanh Phong

Học viên lớp : K18C – CS2
Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích kết cấu đập bê tông
làm việc đồng thời với nền cọc” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi.
Các thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác đều được trích
dẫn nguồn đầy đủ theo quy định. Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm theo quy định của nhà trường.
Tp. HCM, tháng 5 năm 2012
Tác giả luận văn

NGUYỄN THANH PHONG

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-3-

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
1.Tính cấp thiết của Đề tài: .........................................................................................8
2.Mục đích của Đề tài: ................................................................................................8
4.Kết quả dự kiến đạt được: ........................................................................................9
CHƯƠNG I ...............................................................................................................10
KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊTÔNG ......................................10
1.1.Tình hình xây dựng đập bêtông trên thế giới và việt nam .................................10
1.1.1. Tình hình xây dựng đập Bêtông trên Thế giới ............................................... 10

1.1.2. Tình hình xây dựng đập ở VIỆT NAM .......................................................... 12
1.2. Móng cọc……………………………………………………………………. 15
1.3. Cấu tạo cọc. ........................................................................................................17
1.3.1. Cọc gỗ ............................................................................................................ 17
1.3.2. Cọc bê tông cốt thép ....................................................................................... 18
1.3.3 Cọc thép . ........................................................................................................ 19
1.3.4.Cọc khoan nhồi ............................................................................................... 21
1.3.5.Cọc ba rét (Barrettes) ....................................................................................... 23
CHƯƠNG II ..............................................................................................................25
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐẬP VÀ CỌC HIỆN NAY .........................25
2.1.Giới thiệu các quy phạm tính toán đập và cọc ....................................................25
2.1.1.Quy phạm tính toán đập ................................................................................... 25
2.3. Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền ........................................27
2.4. Độ bền của vật liệu làm cọc ..............................................................................31
2.4.1.Sức Chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc, hình vuông, chịu nén ..... 31

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-4-

2.4.2. Sức chịu tải của cọc ống bê tông cốt thép, chịu nén ....................................... 32
2.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc nhồi chịu nén ................................................... 33
2.5. Sức chịu tải của cọc đơn, theo đất nền ..............................................................33
2.6.Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống ...............................................................34
2.7. Sức chịu tải chống nhổ của cọc đóng ................................................................35
2.8. Sức chịu tải của cọc nhồi chịu nén đúng tâm ....................................................36
2.9. Sức chịu tải của cọc nhồi khi chịu tải trọng nhổ ...............................................41
2.10. Tính toán cọc chịu tác dụng đồng thời của lực thẳng đứng, lực ngang và
momen ......................................................................................................................42

2.11 Tính toán ổn định của nền xung quanh cọc .....................................................46
2.12. Tính toán lún cho một nhóm cọc ....................................................................49
2.12.1.Nguyên tắc chung........................................................................................... 49
2.12.2. Tính toán độ lún cho một nhóm cọc ............................................................. 49
2.12.3. Kiểm tra độ lún chênh lệch giữa các móng ................................................... 52
2.12.4. Một số cách xác định kích thước móng khối quy ước ................................. 52
2.13. Tính toán độ lún cho móng băng cọc ..............................................................54
2.14. Tính toán độ lún cho móng bè cọc ..................................................................56
2.15. Kết luận ............................................................................................................57
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................58
PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THEO PHƯƠNG

PHÁP PHẦN TỬ

HỮU H ẠN ...............................................................................................................58
3.1 . Phân tích kết cấu bằng Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ......................58
3.1.1. Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn .................................................. 58
3.1.2. Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH ............................................ 58
3.1.3 Các quan hệ cơ bản trong một phần tử ............................................................ 60
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-5-

3.2 Phân tích tính toán đồng thời đập và nền cọc .....................................................65
3.3. Mô hình tính toán ...............................................................................................66
3.4 Kết luận ...............................................................................................................66
CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................68
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐẬP TRÊN NỀN CỌC ......68
4.1 Giới thiệu phần mềm được sử dụng trong luận văn. ...........................................68

4.1.1 Xuất xứ của phần mềm .................................................................................... 68
4.1.2 Công năng của phần mềm SAP 2000 .............................................................. 68
4.1.3 Giao diện của phần mềm .................................................................................. 70
4.2 Giới thiệu chung và các thông số tính toán của công trình. ................................72
4.2.1 Tần suất thiết kế ............................................................................................... 72
4.2.2. Phân tích chọn phương án giải pháp kết cấu nền móng cho đập tràn ............. 73
4.2.3 Quy mô xây dựng, thông số kỹ thuật và kết cấu công trình tràn xả lũ theo
phương lựa chọn (phương án 2) ................................................................................74
4.2.4 Địa chất nền tuyến tràn .................................................................................... 76
4.2.5 Các thông số và các trường hợp tính toán- ứng dụng phần mềm sap 2000 ..... 80
4.2.5 Các trường hợp tính toán ................................................................................. 81
4.3 Mô hình toán và các kết quả tính toán ứng suất, biến dạng cho đập ..................82
4.3.1 Mô hình tính toán ............................................................................................. 82
4.3.2 Kết quả tính toán ứng suất – biến dạng cho công trình ................................... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................105

THỐNG KÊ CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đập vòm Oymapinar (Thổ Nhĩ Kỳ) ...........................................................11
Hình 1.2. Đập Grand Coulee (Mỹ) ...........................................................................12
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-6-

Hình 1.3. Đập Định Bình (Bình Định) ......................................................................13
Hình 1.4. Đập Tân Giang (Ninh Thuận) ...................................................................15
Hình 1.5 .....................................................................................................................17
Hình 1.6. Đoạn cọc đầu bêtông cốt thép...................................................................18
Hình 1.7. Đoạn cọc nối bêtông cốt thép ...................................................................19

Hình 1.8. Cọc thép ...................................................................................................19
Hình 1.9. Cấu tạo thép trong cọc bêtông cốt thép ....................................................20
Hình 1.10. Thép cọc khoan nhồi ..............................................................................21
Hình 1.11. Cấu tạo cọc khoan nhồi ..........................................................................22
Hình 1.12: lồng cốt thép............................................................................................24
Hình 1.13: lồng cốt thép............................................................................................24
Hình 2.1. Sức chịu tải nén của cọc............................................................................27
Hình 2.2. Quan hệ α - c u ...........................................................................................30
Hình 2.3 : Quan hệ giữa K s tanφ a và φ .....................................................................30
Hình 2.4: hệ số N q ....................................................................................................31
Hình 2.5: quan hệ giữa z c /D và φ ............................................................................31
Hình 2.6: Chuyển vi của cọc khi chiu tác dụng đồng thời của lực đứng, lực ngang
và mô men..................................................................................................................44
Hình 2.7: Sơ đồ tính lún của móng cọc .....................................................................50
Hình 2.8: Xác định kích thước mống khối quy ước với nền đồng nhất ....................53
Hình 2.9: Xác định kích thước mống khối quy ước trong khi nền có tầng đất yếu .53
Hình 2.11: Sơ đồ tính lún cho móng băng cọc ..........................................................55
Hình 2.12 : Biểu đồ xác định δ 0 ...............................................................................56
Hình 3.1. Các phần tử cơ bản trong phương pháp PTHH........................................59
Hình 3.2. Vật thể đàn hồi ..........................................................................................61
Hình 3.3: Mô hình tính toán và các tải trọng tác dụng lên cọc ................................66
Hình 4.1: Giao diện khởi động của chương trình .....................................................70
Hình 4.2. Giao diện khi khai báo vật liệu ................................................................70
Hình 4.3. Giao diện khai báo đặc rưng hình học ....................................................71
Hình 4.4. Giao diện khai báo tải trọng ....................................................................71
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-7-

Hình 4.5. Giao diện khai báo thuộc tính của các liên kết ........................................72
Hình 4.6. Giao diện giải bài toán .............................................................................72
Hình 4.7. Mặt cắt dọc và mặt bằng tràn ...................................................................76
Hình 4.8. Mô hình tính toán tràng............................................................................82
Hình 4.9-4.19: Phổ ứng suất trường hợpMNDBT (TH1)khi không có cọc gia cố
Hình 4.20-4.28: Phổ ứng suất trường hợpMNLKT (TH2) khi không có cọc gia cố
Hình 4.29-4.39: Phổ ứng suất trường hợpMNDBT (TH1) khi có cọc gia cố
Hình 4.40-4.50: Phổ ứng suất trường hợpMNLKT (TH2) khi có cọc gia cố
Hình 4.51-4.56: Biểu đồ bội lực các cọc khi đập làm việc ở MNDBT(TH1)
Hình 4.57-4.62: Biểu đồ bội lực các cọc khi đập làm việc ở MNLKT(TH2)

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Bảng thống kê số lượng đập của các châu lục ........................................10
Bảng 1-2. Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam .................................12
(Giai đoạn trước năm 1945) .....................................................................................12
Bảng 1-3. Danh sách các đập Bêtông trọng lực ở Việt Nam ....................................14
đến năm 2013 ............................................................................................................14
Bảng 2 - 1 : Hệ số uốn dọc ϕ ...................................................................................32
Bảng 2.2 Các hệ số m R và m f ....................................................................................37
Bảng 2.5 Cường độ chịu tải ở mũi cọc q p .................................................................40
Bảng 2.6: Trị số q p ....................................................................................................41
Bảng 2.7. hệ số tỷ lệ K...............................................................................................43
Bảng 2.8. Giá trị các hệ số A 0 , B 0 , C 0 ......................................................................46
Bảng 2-9: Hệ số tỷ lệ K .............................................................................................48
Bảng 2-10: Giá trị các hệ số A 1 ,B 1 ,C l ,D 1 ,A 3 ,B 3 ,C 3 ,D 3 ,A 4 ,B 4 ,C 4 ,D 4 ......................49
Bảng 2.11: Giá trị hệ số K 0 để xác định trực tiếp các ứng suất lớn nhất dưới tâm
diện tích chịu tải……………………………………………………………………. .……51
Bảng 2.12: Trị số K ...................................................................................................57
Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất đá tuyến tràn .........................................................78
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình đầu mối..................................80

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-8-

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của Đề tài:
Trong quá trình phát triển kinh tế các công trình xây dựng thủy lợi phát triển rất
nhiều đặc biệt là các công trình hồ chứa để điều tiết nước phục vụ nông nghiệp, phát
điện và dân sinh. Để xây dựng các hồ chứa người ta phải xây dựng các công trình
đầu mối. Trong công trình đầu mối thì đập bê tông là bộ phận chính. Loại đập này
được sử dụng khá rộng rãi vì tính an toàn cao, thích ứng với nhiều loại địa hình có
địa chất phức tạp.
Hiện nay một số công trình hồ chứa như: Dak-Glun, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Đá
Hàn vv… đập tràn là đập BTTL được xây dựng trên tầng đất yếu, vùng địa chất có
cấu tạo phức tạp đặc biệt là vùng đất đá có xen kẹp các lớp đất yếu do đứt gãy sinh
ra. Giải pháp xử lý nền ở đây là dùng cọc đóng xuyên qua tầng đất yếu đến tầng đá
tốt ở dưới để giữa ổn định công trình bên trên.
Mặc dù đã được xây dựng tương đối nhiều nhưng quy phạm tính toán cho loại
kết cấu này vẫn chưa được hoàn thiện cách tính toán còn thiên về an toàn theo cách
giải của bài toán phẳng cho nên còn nhiều lãng phí.
Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính cùng với các phần mềm
thương mại cho phép người thiết kế có thể tính toán và tiếp cận tốt hơn với ứng xử
của kết cấu trong sự làm việc của kết cấu và nền được xử lý bằng cọc. Vì vậy đề tài:
“Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc” là một đề tài có
tính cấp thiết, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong việc tính toán kết
cấu đập bê tông làm việc trên nền cọc.
2.Mục đích của Đề tài:
Mục tiêu của đề tài là phân tích được ứng suất trong kết cấu đập và nền cọc làm

việc đồng thời trên cơ sở sử dụng phần mềm phân tích ứng suất.
3.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-9-

*Cách tiếp cận

- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong
lĩnh vực cọc và nền làm việc đồng thời.
-Tổng hợp các mô hình hóa làm việc đồng thời móng và công trình
* Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp mô hình.
- Phương pháp ứng dụng các phần mềm.
- Phương pháp so sánh
4.Kết quả dự kiến đạt được:
Đưa ra được mô hình mô phỏng hợp lý, sử dụng phần mềm để phân tích
được ứng suất trong kết cấu và nền cọc làm việc đồng thời.

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-10-

CHƯƠNG I

KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BÊTÔNG

1.1.Tình hình xây dựng đập bêtông trên thế giới và việt nam
1.1.1. Tình hình xây dựng đập Bêtông trên Thế giới [1]
Cách đây 4000 năm Ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công
trình Thuỷ lợi. Đập được xây dựng đầu tiên là đập xây trên sông Nile cao15m, dài
450m có cốt là đá đổ và đất sét.
Theo con số thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD) tính đến năm 2000
trên thế giới có khoảng 45.000 đập lớn. Theo cách phân loại của ICOLD thì đập có
chiều cao H = 10 ÷ 15 m và có các điều kiện: chiều dài L ≥ 500 m,Q x ≥ 2.000 m3/s,
hồ có dung tích W ≥ 1.000.000 m3 nước được xếp là loại đập cao
Số lượng 45.000 đập được phân bố không đều trên các châu lục.
Bảng 1-1: Bảng thống kê số lượng đập của các châu lục
Stt

Khu vực

Số đập

Chiếm tỷ lệ (%)

1

Châu Á

31.340

69.6

2

Bắc + Trung Mỹ

8.010

17.8

3

Tây Âu

4.227

9.4

4

Đông Âu

1.203

2.7

5

Châu Phi

1.200

2.6

6

Châu Đại Dương

577

1.2

Nước có nhiều đập nhất trên thế giới là Trung Quốc với 22.000 đập, chiếm
48% số đập trên thế giới. Đứng thứ hai là Mỹ có 6.575 đập. Đứng hàng thứ ba là ấn
Độ có 4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban Nha có
1.196 đập. Việt Nam có gần 500 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-11-

cao trên thế giới.
Tốc độ xây dựng đập cao trên thế giới cũng không đều. Thống kế đập xây
dựng từ năm 1900 đến năm 2000 ta thấy thời kỳ xây dựng nhiều là những năm
1950. Đỉnh cao là năm 1970. Tình hình này cũng xảy ra tương tự ở vùng xây dựng
nhiều đập như ở Châu Á, Bắc Mỹ, Tây Âu.

Hình 1.1. Đập vòm Oymapinar (Thổ Nhĩ Kỳ)
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD-1986 cho thấy 78% là đập đất, đập đá
đổ 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ có 4%. Trong đập có chiều cao hơn
100m thì tình hình lại khác, 30% là đập đất, 38% là đập bê tông, 21.5% là đập vòm.
Như vậy, trong số đập cao hơn 100m thì tỷ lệ đập bê tông và đập vòm chiếm ưu thế.
Các đập đã được xây đựng ở nước ta chủ yếu là đập đất, đập bê tông còn
chiếm một tỷ trọng rất nhỏ. Hiện nay chúng ta đang bước vào một thời kỳ xây dựng

mà nguồn vật liệu tại chỗ ngày một hạn chế, mức độ công nghiệp hoá và kỹ thuật
xây dựng công trình cũng ngày càng phát triển, vì vậy xây dụng các đập bê tông
trong các dự án thuỷ lợi, thuỷ điện có xu hướng tăng lên.

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-12-

Hình 1.2. Đập Grand Coulee (Mỹ)
1.1.2. Tình hình xây dựng đập ở VIỆT NAM [1]
Thời kì trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập
bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5m đến
10m, chưa có nhũng đập lớn. Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ
công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam, tỉnh Phú Yên do đặc điểm
thủy văn của sông Đà Rằng. Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do
các kỹ sư Pháp thực hiện Xi măng nhập từ châu Âu, cấp phối bê tông chủ yếu dựa
vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ
phù hợp với Việt Nam.
Bảng 1-2. Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam
(Giai đoạn trước năm 1945)
Stt

Tên

Địa điểm xây dựng

Năm xây dựng

1

Cầu Sơn

Sông thương - Bắc Giang

2

Liễn Sơn

Sông Phó Đáy

3

Bái Thượng

Sông Chu-Thanh Hoá

4

Thác Huống

Sông Cầu-Thái Nguy ên

1922-1929

5

Đồng Cam

Sông Đà Rằng -Phú Yên

1925-1929

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc

1902
1914-1917
1920


-13-

Stt

Tên

Địa điểm xây dựng

Năm xây dựng

6

Đô Lương

Sông Cả-Nghệ An

1934-1937

7

Đập Đáy

Sông Đáy-Hà Tây

1934-1937

Giai đoạn từ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc tập trung
đầu tư xây đựng các công trình thủy lợi lớn bị hạn chế. Trong thời kì này chưa có
đập bê tông trọng lực cao nhưng cũng đã xây dựng một số đập tràn thấp như đập
tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cấm Sơn, Đa Nhim. . .Kỹ thuật và công
nghệ xây dựng ở phía Bắc chủ yếu của Liên xô (cũ) và của Trung quốc, Ở phía
Nam là của Nhật…
Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại
hóa nên các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng khắp cả nước, và đập bê
tông cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú. Đầu
mối các công trình thủy lợi, thủy điện như: PlêiKrông, Sê San 3 và Sê San 4, Bản
vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông. . .và đập tràn ở các đầu mối thủy điện Hòa
bình, Tuyên quang. . . là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m3 bê tông,
chiều cao đập từ 70-138 m. Việt nam đã và đang sử dụng thành công kĩ thuật và
công nghệ hiện đại để xây dựng các đập bê tông trọng lực có có quy mô cả về chiều
cao và khối lượng bê tông ngày một lớn hơn.

Hình 1.3. Đập Định Bình (Bình Định)

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-14-

Một trong những kĩ thuật và công nghệ mới xây dựng đập Việt nam đang áp

dụng thành công hiện nay là đập bê tông đầm lăn.
Việt Nam đến với công nghệ bê tông đầm lăn tương đối muộn so với một số
nước trên thế giới, nhưng trước sự phát triển nhanh chóng của nó và đặc biệt tại
nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt
Nam, nên có rất nhiều dự án thủy lợi thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi
công với công nghệ này. Từ nay đến năm 2013 nước ta có số đập bê tông đầm lăn
lên tới 24 đập. Việt nam trở thành nước được xếp hàng thứ bẩy về tốc độ phát triển
bê tông đầm lăn. Địa danh, quy mô các đập đã, đang và sẽ xây dựng ở nước ta được
thống kê ở bảng 1-3.
Bảng 1-3. Danh sách các đập Bêtông trọng lực ở Việt Nam
đến năm 2013
Stt

Tên công trình

Chiều

Địa điểm xây

cao

dựng

Năm dự kiến

Ghi

hoàn thành

chú

1

PleiKrông

71

KonTum

2007

2

Định Bình

54

Bình Định

2007

3

A Vương

70

Quảng Nam

2008

4

Sê San 4

80

Gia Lai

2008

5

Bắc Hà

100

Lào Cai

2008

6

Bình Điền

75

Thừa Thiên-Huế

2008

7

Cổ Bi

70

Thừa Thiên-Huế

2008

8

Đồng Nai 3

110

Đắc Nông

2008

9

Đồng Nai 4

129

Đắc Nông

2008

10

ĐakRinh

100

Quãng Ngãi

2008

11

Nước Trong

70

Quãng Ngãi

2010

12

Sơn La

138

Sơn La

2010

13

Bản Chát

70

Lai Châu

2010

14

Bản Vẽ

138

Nghệ An

2010

15

Sông Bung 2

95

Quãng Ngãi

2010

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-15-

Stt

Tên công trình

Chiều

Địa điểm xây

cao

dựng

Năm dự kiến

Ghi

hoàn thành

chú

16

Sông Trang 2

100

Quãng Ngãi

2010

17

Sông Côn 2

50

Qu ảng Nam

2010

18

Bản Uôn

85

Thanh Hoá

2011

19

Huội Quảng

104

Sơn La

2012

20

Nậm Chiến

136

Sơn La

2013

(Nguồn: tài liệu của Hội đập lớn Việt Nam)

Hình 1.4. Đập Tân Giang (Ninh Thuận)
1.2. Móng cọc
Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện
nay. Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó
làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng.
Móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm, khoảng 1200 năm trước, những
người dân của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sĩ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm
xuống các hồ nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn, họ cũng đã biết đóng các cọc
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-16-

gỗ để làm đê quai chắn đất và làm móng nhà vv...Ngày nay, cùng với sự tiến bộ
về khoa học kỹ thuật, móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về
chủng loại cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại
công trình xây dựng
Móng cọc thường được sử dụng ở các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp
đất tốt nằm dưới sâu để giảm biến dạng lún và lún không đều như các nhà cao tầng,
nhà tháp, các công trình thủy lợi ...
Móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như : Cọc đóng, cọc ép,
cọc khoan nhồi .v.v. nên có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện
địa chất phức tạp mà các loại móng nông không đáp ứng được như vùng đất yếu,
thậm chí các công trình trên sông, trên biển ...
Móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng và
công nghiệp, cầu đường, thuỷ lợi - thuỷ điện.
Khi tải trọng công trình lớn, và các lớp đất gần bề mặt không tốt, thì giải
pháp móng nông sẽ có độ lún lệch lớn, hơn nữa để đảm bảo điều kiện an toàn về
sức chịu tải thì kích thước móng phải rất lớn. Khi giải pháp móng nông trên nền
thiên nhiên tỏ ra không hiệu quả, thì có thể gia cố nền. Tuy nhiên, khi giải pháp gia
cố nền vẫn chưa hiệu quả, hoặc quá tốn kém, thì giải pháp móng cọc chế sẵn là một
lựa chọn dễ dàng.
Móng cọc được dùng phổ biến nhất trong trường hợp tải trọng công trình khá
lớn hay trong điều kiện địa chất yếu, giải pháp móng cọc luôn là được xem là giải
pháp thuận lợi nhất do đặc tính phong phú về cấu tạo vật liệu của cọc. Phân loại
móng cọc theo điều kiện làm việc được chia thành 2 loại:
- Móng cọc đài thấp: Là móng cọc có đài cọc nằm dưới mặt đất thiên nhiên, sự
làm việc của móng này với giả thiết toàn bộ tải trọng ngang do đất từ đáy đài trở lên
chịu.
- Móng cọc đài cao: Là móng cọc có đài cọc nằm cao hơn mặt đất tự nhiên, lúc
này toàn bộ tải trọng đứng và ngang đều do các cọc trong móng chịu. Thường gặp ở
móng cọc các mố trụ cầu, cầu cảng, .v.v.

Sự làm việc của móng cọc đài cao và móng cọc đài thấp khác nhau nên tính
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-17-

toán cũng khác nhau.
1.3. Cấu tạo cọc.
1.3.1. Cọc gỗ [2]
-Dùng trong công trình nhỏ tạm thời.
- Vận chuyển nhẹ, cấu tạo đơn giản, dễ nối cọc.
-Sức chịu tải nhỏ, dễ bị mục nên chỉ được sử dụng trong điều kiện thấp hơn
mực nước ngầm 50cm, hình 1.5 cho thấy cây cọc gỗ vẫn còn tốt sau thời gian sử
dụng trên 30 năm được lấy lên tại phường 3 quận Bình Thạnh (khu kênh Nhiêu Lộc
- Cầu Bông, ngày 29-2-2000).

Hình 1.5
- Đường kính D từ 20 đến 30cm, chiều dài tối đa có thể thực hiện được là 15
mét.
-Khả năng chịu nén của cọc gỗ được lấy là R = 45kN.
- Điều kiện sử dụng là gỗ phải không cong 2 chiều, độ cong một chiều không
quá 1%.
-Vùng phía Bắc nước ta có thói quen dùng cọc tre, loại tre được dùng là tre
đực, lõi đặc.Vùng phía Nam có thói quen dùng cọc tràm, với đường kính gốc
100cm, đường kính ngọn 6cm, dài 4 mét đóng với mật độ 25 cây/m2, đôi khi đóng

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-18-

với mật độ cao hơn khi kích thước cừ khá nhỏ, khả năng chịu lực có thể dùng theo
kinh nghiệm là 60 đến 70kN/m2, tuy nhiên cần phải chú ý đến độ lún của nhóm cừ
tràm này, nhất là khả năng biến dạng thứ cấp có khả năng lớn hơn biến dạng cố kết
có thể có của đất bùn sét.
1.3.2. Cọc bê tông cốt thép [2]
Cọc bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi với kích thước tuỳ ý, tuy nhiên
không nên dài quá 24 mét, được thực hiện thành đoạn và nối với nhau.
Tải trọng tối đa được khuyến cáo không nên quá 1000kN, tốt nhất là 800kN.
Kích thước chế tạo là 20 x 20; 25 x 25; 30 x 30; 40 x 40..., nếu sử dụng tải
lớn hơn 1000kN tốt nhất là dùng cọc khoan nhồi.
Cốt thép bố trí trong cọc theo quy phạm không được nhỏ hơn 0,3 - 0,4%.
Tuy nhiên để bảo đảm cho điều kiện sử dụng cọc lớn hơn khả năng chịu tải
cọc theo đất nền thông thường người ta bố thí cốt thép như sau:
Cọc20 x 20 dùng 4Ø14, cọc 25 x 25 dùng 4Ø16, cọc 30 x 30 dùng 4Ø l8…

Hình 1.6. Đoạn cọc đầu bêtông cốt thép

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-19-

Hình 1.7. Đoạn cọc nối bêtông cốt thép
1.3.3 Cọc thép [2] .
Do tính kháng uốn tốt, cọc thép được dùng cho các công trình vĩnh cửu, công
trình chịu tải trọng đứng lớn hay công trình chịu tải trọng ngang như bến cảng, phổ
biến nhất là dạng cọc bản.
Tải động tối đa 1.000kN.
Dài không hạn định, dễ nối, có thể xuyên qua các chướng ngại vật hay sét

cứng nhất như xuyên qua lớp sạn laterit.
Phải có biện pháp chống gỉ.
Dễ thi công, với búa loại rung hay ép.

Hình 1.8. Cọc thép
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-20-

Hình 1.9. Cấu tạo thép trong cọc bêtông cốt thép

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-21-

1.3.4.Cọc khoan nhồi [3]
Cọc nhồi là một loại móng sâu được thi công bằng cách đổ bê tông tươi vào
một hố (lỗ) khoan trước đó. So với các loại cọc khác, cọc nhồi có một lịch sử tương
đối mới. Năm 1908 đến năm l920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (đường kính 0,3m;
dài 6 - 12m) được thi công bằng các máy khoan lỗ chạy bằng hơi nước, thậm chí
bằng ngựa. Cuối những thập kỷ 40 và đầu thập kỷ 50, công nghệ khoan cọc nhồi đã
khá phát triển. Người ta đã có thể làm cọc mở rộng chân, và khoan phá đá, cũng
như đã biết cách sử dụng dung dịch (bentonite) để giữ thành hố khoan. Cọc nhồi
hiện đại được giới thiệu vào Việt Nam đầu thập kỷ 90. Kích thước phổ biến của cọc
nhồi ở Việt Nam là: đường kính 1 - 2 m, chiều dài 40 - 70 m.
Bằng thiết bị khoan với đường kính từ 60 đến 120cm tạo hành hố khoan sâu
với mùn khoan (bentônit) tạo cho thành hố khoan thẳng đứng không bị sụp, sau đó
đổ bêtông, cốt thép được đặt cấu tạo với chiều đài = 2/3 chiều dài cọc hay lớn hơn

chiều sâu ngàm uốn L M.
Quá trình thi công cọc khoan nhồi phải được kiểm tra tránh khuyết tật theo
đúng yêu cầu đặt ra của Quy phạm

Hình 1.10. Thép cọc khoan nhồi
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-22-

Hình 1.11. Cấu tạo cọc khoan nhồi
Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-23-

1.3.5.Cọc ba rét (Barrettes)
Cọc ba rét là một loại cọc khoan nhồi, không thi công bằng lưỡi khoan hình
tròn, mà bằng loại gầu ngoạm hình chữ nhật. Cọc ba rét thông thường có tiết diện
hình chữ nhật, với chiều rộng từ 0,60m đến l,50m và chiều dài từ 2,20m đến 6,00m.
Cọc ba rét còn có thể có các loại tiết diện khác như:
Chữ thập +, chữ T, chữ I, hình góc L, hình ba chạc, v.v...
Tùy theo điều kiện địa chất công trình và tải trọng công trình, mà cọc ba rét
có thể có chiều dài từ vài chục mét đến một trăm mét hoặc hơn.
Thi công cọc ba rét cũng giống như thi công cọc khoan nhồi. Sử dụng thiết bị
thi công chuyên dụng, với các gầu ngoạm phù hợp với kích thước tiết diện cọc ba
rét để đào các hố sâu. Đồng thời cho dung dịch Bentonite vào hố đào để giữ cho
thành hố khỏi bị sập lở. Sau đó đặt lồng cốt thép vào hố đào, rồi tiến hành đổ bê
tông vào hố theo phương pháp vữa dâng. Dung dịch Bentonite sẽ trao lên khỏi hố
và được thu hồi lại để xử lý. Khi bê tông đông cứng là hình thành xong cọc ba rét.

Sức chịu tải của cọc ba rét thường rất lớn. Tùy theo điều kiện địa chất công
trình, tùy theo kích thước và hình dáng của cọc mà sức chịu tải của cọc barét có thể
đạt từ 6000kN đến 36000kN mỗi cọc.
Cọc ba rét thường dùng làm móng cho nhà cao tầng.
Thí dụ tại tháp đôi Petronas Towers (Malaysia) cao trên 100 tầng đã dùng
cọc barét 1,20m x 2,80m sâu tới 125m, có hầm nhiều tầng với chiều sầu 20m. Tại
công trình Sài Gòn Centre, có 3 tầng hầm và 25 tầng lầu, dùng cọc ba rét có kích
thước từ 0,80m x 2,80m đến l,20m x 6,00m sâu 50m. Tại công trình Vietcombank
Hà Nội, có 2 tầng hầm và 22 tầng lầu, dùng cọc ba rét 0,80m x 2,8 x 80m sâu 55m.
Cọc ba rét còn có thể dùng làm móng cho các tháp cao, cho các cầu dẫn, cầu
vượt, v.v...
Lồng cốt thép hình 1.12 và hình 1.13. Hình dạng của lồng thép tùy thuộc vào
hình dạng của cọc. Thường được chế tạo sẵn ở nhà máy và tổ hợp ở công trường.

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-24-

Hình 1.12: lồng cốt thép

Hình 1.13: lồng cốt thép

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc


-25-

CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐẬP VÀ CỌC HIỆN NAY

2.1.Giới thiệu các quy phạm tính toán đập và cọc
2.1.1.Quy phạm tính toán đập
-14TCN 56-88: Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép-Tiểu chuẩn thiết kế
-TCXD VN 305-2004: Bê tông khối lớn -Quy phạm thi công và nghiệm thu
-TCVN 4253-86:Nền các công trình thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế
-TCXDVN 335:2005 Công trình thuỷ điện Sơn La - Tiêu chuẩn thiết kế kỹ
thuật
-TCVN 285:2002 -Các công trình Thuỷ lợi-Các quy định chủ yếu về thiết kế.

-14TCN 7-85, QPTL.C.8.76- Quy phạm tính toán thuỷ lực đập tràn
2.1.2.Quy phạm tính toán cọc
-TCXDVN 286:2003 - Đóng và ép cọc - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
-TCXD 205-1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
-TCXD VN 326-2004: Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
-TCXD 206 - 1998: Cọc khoan nhồi - Yêu cầu về chất lượng thi công

2.2. Các phương pháp tính an toàn cho cọc
Nguyên tắc cơ bản cho tính toán [4]
Cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới
hạn của móng cọc được phân làm hai nhóm sau:
• Nhóm thứ nhất gồm các tính toán :
-Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền;
-Độ bền của vật liệu làm cọc và đài cọc;
-Độ ổn định của cọc và móng;
• Nhóm thứ 2 gồm các tính toán :
-Độ lún của nền cọc và móng;
-Chuyển vị trí ngang của cọc và móng;

Phân tích kết cấu đập bê tông làm việc đồng thời với nền cọc